科普瓜民：大气颗粒物对人体健康的影响

空气中大气颗粒物被称为人类第一杀手，原因是细颗粒物上聚集大量有害重金属、酸性氧化物、有害有机物、细菌和病菌等，会通过呼吸道而进入人体上下呼吸道。不同粒径的颗粒物可在不同的呼吸道部位沉积。越细小的颗粒物对人体的危害越大。10~100μm的颗粒物被阻挡在鼻腔外，2.5~10μm 的颗粒物大部分被鼻咽区截留，0.01~2.5μm 的颗粒物主要沉积在支气管和肺部，特别是 0.1μm 左右的颗粒物沉积在肺部，甚至可穿过肺泡进入血液中，对人体健康危害最大。由于体积更小，PM_2.5具有更强的穿透力，可能抵达细支气管壁，并干扰肺内的气体交换。更小的微粒（直径≤100nm）会通过肺部传递影响其他器官。其中，发表于《美国医学会杂志》的一项研究表明，PM_2.5会导致动脉斑块沉积、引发血管炎症和动脉粥样硬化，最终导致心脏病或其他心血管问题。这项始于1982年的研究证实，当空气中PM_2.5的浓度长期高于10μg/m³，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10μg/m³，总的死亡风险会上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%。此外，PM_2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。Analitics等^[20]对欧洲29个国家的调查研究表明，PM₁₀每升高10μg/m³，心血管病死率提高0.76%，呼吸系统病死率提高0.58%。Pope等从美国癌症协会收集的17年120万成年人的关键死亡原因资料中挑选了50万居住在大城市的完整数据，在排除吸烟、饮食、饮酒、职业因素等风险因素后，分析得出，PM_2.5每升高10μg/m³，全死因死亡率、肺心病死亡率和肺癌死亡率的危险性分别增加4%、6%和8%。

由于PM₁₀的成分复杂，且随季节而不断变化，对肺细胞损伤的程度和机制也会相应变化。目前比较流行的说法是，PM₁₀进入人体后，首先颗粒物本身吸附许多过渡金属元素（如Fe、Cu等），以及颗粒物的表面化学特征又到了自由基的产生，当颗粒物被各类吞噬细胞吞噬后，氧消耗大量增加，也使细胞外生成大量活性氧。自由基产生后，因其细胞膜的脂质过氧化、蛋白质氧化或水解及DNA损伤，造成细胞损伤，甚至凋亡。自由基还可诱导NF-kB因子和TNF-α等前炎性因子。TNF-α的大量表达也会诱导细胞产生更多的自由基和NF-kB因子，进一步加强损伤。NF-kB因子和TNF-α产生后，可诱导炎性细胞产生大量细胞因子和黏附因子，一方面趋化炎性细胞向损伤部位聚集，另一方面刺激炎性细胞产生更多的细胞因子，形成级联放大反应，加重肺组织的损伤。

国内外大量流行病学研究发现，大气颗粒物的污染与人群健康有关，包括心脑血管疾病和呼吸系统疾病发病率和死亡率增加、急性呼吸道症状和哮喘等。黄雯等收集了符合纳入标准的我国大气颗粒物污染和居民死亡率、心脑血管疾病死亡率、呼吸系统疾病死亡率关系的文献，采用Stata9.0软件进行统计分析，提取PM₁₀与人群死亡率的暴露-反应系数。结果表明，PM₁₀浓度的升高会导致这些疾病死亡率的增加。阚海东等综合分析了我国大气颗粒物暴露与人群健康效应的流行病学资料，在联机检索文献的基础上，确定个健康效应终点的定量暴露-反应关系，建立了从发病到死亡各个健康效应终点上，大气颗粒物浓度每升高一定单位，人群不良健康效应发生的相对危险度。Abrahamowicz等^[27]利用美国癌症协会队列数据研究了空气颗粒物长期暴露与人群死亡率之间暴露-反应关系曲线的形状，对研究对象的年龄、吸烟史、肥胖及受教育程度等因素进行了分析对比，结果表明，对于PM_2.5来说，其关系明显偏离线性假设，差异具有统计学意义，相对于较高浓度水平，PM_2.5与人群死亡率在低浓度水平（低于16μg/m³）有更强的关联。王旭英等分析了北京市PM₁₀浓度与暴露人群脑血管疾病死亡率的相关性，采用双向对称交叉设计和条件logistic回归模型，分析大气中PM₁₀水平与脑血管疾病之间的关系。在调整气象因素（日均气温和日均湿度）后，单污染物模型PM₁₀的滞后效应不明显。调整SO₂、NO₂和SO₂+NO₂后多污染物模型，PM₁₀对人群脑血管疾病的效应OR值比单污染物模型大，且差异有统计学意义（P <0.05）。调整其他大气污染物和气象因素后，PM₁₀浓度与脑血管疾病死亡呈正相关。PM₁₀浓度升高会导致女性、≥65岁和冬季脑血管疾病死亡增加。张云权等通过对季节和温度的修饰效应及其可能的作用机制作了综述，认为温度升高会引起体温调节系统激活三个主要机制（心血管、呼吸活动、汗腺排汗）来散发体内多余的热量，其热效应系统的激活会直接、间接地促进更多的污染物进入体内。中国空气污染与健康效应研究（China Air Pollution and Health Effect Study，CAPHS）发现，PM₁₀对人群死亡率的极性效应存在季节性差异，PM₁₀2d平均浓度升高10μg/m³，夏季和冬季死亡率分别增加0.55%（0.15%~0.96%）和0.45%（0.15%~0.76%），而春季和秋季死亡率增加无统计学意义（P>0.05）^[30]。高利华等根据河南省环保局提供的2002~2004年大气PM₁₀的监测资料，选定污染区与对照区，随机选择2地区成年居民各90人，采用放射免疫法测定血清白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、肿瘤坏死因子（TNF）水平，用ELISA法测量2地区居民血清干扰素-ϒ（IFN-ϒ）水平。结果显示，PM₁₀对暴露人群机体免疫系统会产生影响。PM₁₀中的粗颗粒能够进入上呼吸道，除部分可通过痰液等排出体外，其余部分会被鼻腔内部的绒毛阻挡，导致PM₁₀中的这部分粗颗粒在鼻腔内聚集，对鼻腔黏膜造成损害，致使鼻腔干燥、出血、鼻涕、鼻塞，导致鼻炎、鼻窦炎等鼻部疾病的发生，严重时还可引起哮喘的发生。刘晓玲等使用卵清蛋白（ovalbumin, OVA）给予大鼠腹腔注射予以基础致敏，致敏结束后3个实验组分别单独OVA、PM₁₀+OVA联合及单独PM₁₀鼻腔滴入予以激发，对照组用生理盐水代替OVA致敏，生理盐水激发。末次激发后24h处死大鼠，取鼻腔黏膜行HE染色技术鼻黏膜中嗜酸细胞数，扫面电镜下比较各组之间鼻黏膜形态的改变。结果显示，在大鼠变应性鼻炎模型的形成过程中，PM₁₀与变应原共同作用，可以加重鼻粘膜的损伤和变应性炎症反应^[34]。

PM₁₀在大气中的浓度直接决定其在呼吸道的沉积量，颗粒物的浓度和暴露时间决定了吸入剂量。致毒的关键阶段在于进入呼吸道后引发机体的氧化应激反应和炎症，即在此过程中会产生大量的活性氧（ROS），主要包括超氧阴离子自由基、过氧化氢和OH自由基（^•OH），初级活性氧O₂^-和H₂O₂虽有一些毒性，但毒性较小，在体内也可被超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物及过氧化氢酶所清除。然而体内并没有清除OH自由基（^•OH）的相应酶系，而此自由基在体内却具有极强的反应活性，可以氧化所遇到的任何生物大分子。氧自由基的过氧化杀伤力在于破坏细胞膜的结构和功能，破坏线粒体，断绝细胞的能源，毁坏溶酶体，使细胞自溶。

叶宗波等的研究表明，北京市PM_2.5较PM₁₀对DNA的氧化损伤能力更强，PM_2.5的生物活性更大，这是由于粗颗粒物主要由矿物组成，表面所携带的活性氧含量比较低。杨春雪通过时间分层的病例交叉研究分析了广州市PM_2.5污染对居民死亡的急性效应。PM_2.5的短期暴露会引起居民每日总死亡和心血管呼吸系统疾病死亡率的增加，PM_2.5每上升10μg/m³，将引起居民每日总死亡率升高0.90%，心血管疾病死亡率增加1.22%，系统疾病死亡率增加0.90%。孙兆彬选用了2001.1.1~2005.12.31期间兰州市四所大型综合医院呼吸系统疾病逐日入院病例数据、兰州市主要大气污染物PM₁₀、SO₂、NO₂日均浓度数据、兰州市逐日地面气象资料，利用小波分析、半参数广义相加模型（GAM）、相对危险度计算等方法分析了兰州市四个季节PM₁₀与呼吸系统疾病日入院人数暴露-反应关系，并建立了单污染物模型和多污染物模型。报告认为，春季女性人群具有最高的危险度，年龄小于65岁的人群具有最低的危险度；夏季男性人群具有最高的危险度，全人群具有最低的危险度；秋季女性人群具有最高的危险度，男性人群具有最低的危险度；冬季夏季女性人群具有最高的危险度，全人群具有最低的危险度。

（资讯来源：《现代科学仪器》期刊，由“现代科学仪器网”官方发布，转载请注明来源）